فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال یازدهم شماره 4 (زمستان 1390)

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال یازدهم شماره 4 (زمستان 1390)

  • تاریخ انتشار: 1390/11/13
  • تعداد عناوین: 8
|
  • محسن فلاح، موسی محمدپور فرد صفحه 1
    در این پژوهش، قابلیت کنترل دمای خنک کاری موتور به منظور کاهش آلاینده NOx در موتورهای دیزلی نیمه سنگین به صورت تجربی مورد ارزیابی و آزمایش قرار گرفته است. آزمایشات برای دماهای خنک کاری °C 90 و °C 70 انجام شده که دمای پایین تر با یک رادیاتور بزرگتر و تنظیم شیر ترموستاتیک آن بدست آمده است. به منظور ایجاد مصامحه در کاهش NOx و افزاش آلاینده های دیگر نظیر دوده، CO، HC و مصرف سوخت، اثرات پارامترهای زمانبندی پاشش و درصد EGR سرد نیز به صورت همزمان مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج تجربی برای میزان آلاینده ها و مصرف سوخت با تغییر در دمای خنک کاری موتور و پارامترهای زمانبندی پاشش سوخت و درصد EGR سرد نشان می دهد آلاینده NOx به طور متوسط تا حدود 17 درصد کاهش می یابد، همچنین مصرف سوخت نیز به میزان ناچیز کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: سیستم خنک کاری، آلاینده NOx، ذرات دوده، زمانبندی پاشش، EGR سرد
  • بهمن نجفی صفحه 11
    در این تحقیق تحلیل کاملی از تاثیر سوخت بیودیزل بر پارامترهای عملکرد و آلایندگی موتور دیزل تک سیلندر لیستر M8/1 انجام گرفت. بیودیزل مورد نیاز از روغن پسماند رستوران (با پایه روغن آفتابگردان) به روش ترنس استریفیکاسیون تولید شده و با استاندارد ASTM کاملا مطابقت داشت. آزمون موتور در دور ثابت rpm750 و تحت بارهای مختلف(در پنج سطح) و مخلوط های مختلفی از سوخت بیودیزل و گازوئیل(در شش سطح) در شرایط تمام بار انجام گرفت و پارامترهای گشتاور و توان ترمزی موتور، مصرف ویژه سوخت و انتشار آلایندهای CO و UHC اندازه گیری شد و سپس یک مدل شبکه عصبی مصنوعی بر اساس داده های تجربی توسعه داده شد. از شبکه پرسپترون چند لایه برای نگاشت غیرخطی بین پارامترهای ورودی (بار دینامومتر و درصد بیودیزل موجود در مخلوط سوخت) و خروجی (گشتاور و توان ترمزی، مصرف ویژه سوخت، غلظت CO و UHC) استفاده شد. نتایج مدل نشان داد که با آموزش کافی الگوریتم پس انتشار خطا، مدل شبکه عصبی ارائه شده توانایی بسیار بالایی در پیش بینی پارامتراهای عملکرد و آلایندگی موتور دارد، بدون آنکه به آزمون های پرهزینه و وقت گیر موتور نیاز باشد.
    کلیدواژگان: سوخت های جایگزین، بیودیزل، موتور دیزل، عملکرد و آلایندگی، مدل شبکه عصبی مصنوعی
  • محمدحسن کیهانی، محمود نوروزی، امین امیری دلویی صفحه 21
    در این مقاله یک حل تحلیلی برای انتقال حرارت غیردائمی در پین فین های کامپوزیتی چندلایه با در نظر گرفتن شرایط مرزی کلی در سطح پره ارائه گردیده است. معادله انتقال حرارت هدایتی دوبعدی در حالت ناپایا برای لمینیت های اورتوتروپیک استخراج گردیده و مساله با اعمال تبدیل لاپلاس از حوزه زمان به فرکانس انتقال یافته است. با استفاده از تئوری اشترم لییوویل یک تبدیل فوریه مناسب استخراج گردیده و دستگاه معادلاتی بر اساس شرایط مرزی پره و شرایط پیوستگی دما و شار حرارت در مرز بین لایه ها ساخته شده است. همچنین از روش توابع مرومرفیک برای محاسبه انتگرال مختلط پیچیده مربوط به تبدیل لاپلاس معکوس بهره برده شده است. نمودارهای مربوط به توزیع دمای غیردائم و تغییرات نرخ سرد شدن پره رسم گردیده و نشان داده شده که اثر هدایت اورتوتروپیک در نرخ های سرد شدن بالا، محسوس تر است.
    کلیدواژگان: حل تحلیلی، هدایت اورتوتروپیک، تئوری اشترم لییوویل، توابع مرومرفیک
  • رضا انصاری خلخالی، منصور درویزه، ابوالفضل درویزه، علی علی جانی صفحه 33
    در این مطالعه رفتار غیرخطی هندسی تیر با فرض ثابت بودن خواص مادی جسم، به کمک روش المان محدود مورد بررسی قرار می گیرد. به منظور مطالعه رفتار تیر دو رهیافت ارائه می گردد؛ در رهیافت اول، تیر با المانهای یک بعدی مرتبه دو مدلسازی شده و بر پایه روابط مکانیک محیط پیوسته و با بکارگیری یک استراتژی لاگرانژی (اولیه) فرمولبندی می شود در صورتیکه رهیافت دوم با استراتژی اویلری (ثانویه) و به کمک المانهای دوبعدی رفتار غیرخطی تیر را بیان می نماید. در هر دو رهیافت با تعیین گرادیان تغییر شکل؛ وضعیت ثانویه، کرنشها و تنش های موجود در تیر بدست می آیند.
    کلیدواژگان: غیرخطی، المان محدود، استراتژی لاگرانژی، استراتژی اویلری
  • هادی امیرشقاقی، حسین تورنگ، مصطفی اسماعیلی، امیر روشن صفحه 41
    در این تحقیق، سیستم های جذب دوده و غبار در کوره های قوس الکتریکی پلنت های تولید فولاد، با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی مورد تحلیل قرار گرفته و تاثیر تغییر پارامترهای این سیستم روی حذف آلاینده ها، کاهش دمای گازها و همچنین غلظت ذرات معلق مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور مدلسازی سیستم که در آن حذف گازهای آلاینده از طریق واکنشهای احتراقی صورت پذیرفته و نیز ذرات معلق به همراه جریان گازهای داغ وجود دارد، ابتدا هندسه سیستم با تمامی جزئیات و به صورت سه بعدی تولیدشده و در ادامه، معادلات حاکم بر جریان سیال احتراقی آشفته دوفاز، به صورت عددی حل شده است. نتایج نشان میدهد، اگرچه اگرچه افزایش میزان بازشدگی دریچه ورودی هوا، کاهش مقدار مونواکسیدکربن در اثر افزایش نرخ واکنشهای احتراقی را در پی دارد، لیکن درعین حال منجر به افزایش دمای گازهای خروجی نیز میگردد. همچنین مشخص شد، اگرچه در محفظه ته نشینی این سیستمها حذف درصد بالایی از ذرات با قطر بالاتر از 45 میکرون امکانپذیر است، لیکن برای ذرات با قطر کوچکتر از مقدار یاد شده، راندمان ته نشینی دچار افت جدی شده و سیستم عملا در حذف اینگونه ذرات فاقد کارایی می باشد.
    کلیدواژگان: کوره قوس الکتریکی، سیستم جذب دوده و غبار، شبیه سازی عددی
  • حسن جلالی، کیوان اسدی، حمید احمدیان صفحه 53
    سطوح تماس به عنوان اصلی ترین عامل اتلاف انرژی در اتصالات سازه ای که دارای حرکت نسبی هستند شناخته می شوند. یکی از نکات مورد توجه در بحث دینامیک سازه ارائه یک مدل پیشگو برای اتصالات مکانیکی می باشد بطوریکه پاسخ دینامیکی، سفتی و استهلاک ناشی از سطح اصطکاکی با قابلیت اطمینان بالا توسط آن قابل محاسبه باشد. تحقیق حاضر به ارائه مدلی تحلیلی برای تعیین انرژی اتلافی ناشی از پدیده لغزش کوچک در مورد تیری با شرایط مرزی آزاد- اصطکاکی که تحت اثر نیروی تحریک جانبی قرار دارد میپردازد. برای انجام این مهم، معادلات حاکم بر ارتعاشات خمشی تیر مقید اصطکاکی استخراج شده و در سازه مورد مطالعه تعمیم داده می شوند. سپس الگوی روند حل برای مشخص نمودن نقطه گذار از فاز چسبندگی به لغزش و رسم منحنی های هیسترزیس به ازای نیروهای تک هارمونی شرح داده می شوند. در انتها نتایج حاصل از مدل تحلیلی با انجام مطالعه پارامتری مورد بررسی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: مدل پیوسته لغزش کوچک، تعیین چسبندگی، لغزش، ارتعاش خمشی، حلقه هیسترزیس
  • سمیرا فاضلی، شاهرخ حسینی هاشمی، محمد فدایی صفحه 65
    در این تحقیق فرکانس های طبیعی ورق مستطیلی میندلین کامپوزیت شده با وصله های پیزوالکتریک به دست آمده است. شرایط مرزی تکیه گاه ساده به سازه اعمال شده و برای دستیابی به پارامترهای فرکانسی سازه از روش ریتز، بر مبنای روش مینیمم انرژی پتانسیل استفاده شده است. توابع جابجایی و تابع پتانسیل الکتریکی با استفاده از سری های مثلثاتی (توابع حل دقیق) تخمین زده شده اند و در نتیجه حل نیمه تحلیلی مسئله به دست آمده است. به منظور بررسی دقت روش به کار رفته شده نتایج حاصل برای ورق های مستطیلی ایزوتروپیک و پیزوالکتریک به طور جداگانه با نتایج حل دقیق موجود در مراجع مقایسه گشته است. همانطور که از نتایج پیداست، انطباق خوبی میان نتایج حاصل از روش حاضر با نتایج حل دقیق موجود در مراجع دیده می شود. در انتها با استفاده از این روش فرکانسهای طبیعی ورق مستطیلی ارتوتروپیک کامپوزیت شده با دو وصله پیزوالکتریک در بالا و پایین آن، به دست آمده است.
    کلیدواژگان: فرکانس طبیعی، ورق میندلین، روش ریتز، پیزوالکتریک
  • حمیدرضا طباطبایی، مسعود برومند، محمد طیبی رهنی صفحه 75
    چکیده - در این مقاله جریان یک بعدی و سه بعدی لزج و تراکم پذیر در توربین توربوشارژر یک موتوربنزینی 1.7 لیتری چهار سیلندر و شانزده سوپاپ شبیه سازی شده و مقایسه شده اند. برای صحهگذاری نتایج شبیه سازی و تایید مدلسازی، مجموعه موتور و توربوشارژر روی سکوی آزمایش قرارگرفته و پارامترهای عملکردی موتوردر 12 دور مختلف اندازهگیری شده ولی نتایج فقط برای سه دور مینیمم، متوسط و ماکزیمم ارائه شده اند. حلزونی و پره های توربین بطورکامل مدلسازی و برای پره های متحرک از روش مختصات دوار چندگانه استفاده شده است. بررسی پارامترهای عملکردی توربین تحت تاثیر جریان سه بعدی پایا نشان میدهد اثرات جریان نوسانی که ناشی از طبیعت رفت و آمدی پیستون می باشد فوق العاده مهم بوده و قابل حذف نمی باشد. اگرچه شبیه سازی یک بعدی یک روش سریع و کم هزینه است اما از آن جهت که اثرات سه بعدی بودن جریان در آن منظور نشده و همچنین وابسته به منحنی مشخصه هایی است که توسط سازندگان توربوشارژر ارائه می شود و این منحنی ها با جریان پایا محاسبه شده اند دارای ضعف میباشد. برای دستیابی به پاسخ های دقیق تر بررسی یک جریان سه بعدی ناپایا شبیه جریان خروجی از موتور اجتناب ناپذیر است.
    کلیدواژگان: توربوشارژر، شبیه سازی، جریان نوسانی، موتور احتراق داخلی، روش های عددی
|
  • Mohsen Fallah Page 1
    In this study, the potential of controlling engine cooling temperature has been investigated experimentally to reduce NOx emissions in heavy diesel engines. Experiments have been done on 90°C and 70°C cooling temperatures that lower temperature obtained via larger radiator and setting its thermostatic valve. Also, the effects of injection timing and the percentage cooled EGR simultaneously have been studied in order to trade-off NOx reduction and increasing other pollutants such as Soot, CO, HC and fuel economy. Experimental results which related to amount of pollutants and fuel consumption by altering the engine cooling temperature, injection timing, and the percentage of cold EGR shows that NOx emissions reduce 17% averagely also fuel consumption decreases negligible.
  • Bahman Najafi Page 11
    In this research work, a comprehensive combustion analysis has been conducted to evaluate the performance of a low speed diesel engine (M8/1 Lister) using biodiesel fuel. Waste vegetable cooking oil as an alternative fuel. Biodiesel obtained from waste vegetable cooking oil (WCO) as an alternative fuel. The properties of biodiesel produced from WCO was measured based on ASTM standards. In order to compare brake power, torques, brake specific fuel consumption (BSFC) and concentration of the UHC and CO emissions of the engine, it has been tested under same load of Dynamometer(5 levels) and biodiesel fuel blends (levels)) at constant engine speed(750 rpm). The results were found to be very comparable. An artificial neural network (ANN) was developed based on the collected data of this work. Multi layer perceptron network (MLP) was used for nonlinear mapping between the input and the output parameters. Different activation functions and several rules were used to assess the percentage error between the desired and the predicted values. The results showed that the training algorithm of Back Propagation was sufficient in predicting the engine torque, brake power, specific fuel consumption and exhaust gas components for different engine loads and different fuel blends ratios.
  • Page 21
    In this paper, an analytical solution of transient heat conduction in multi-layer composite pin fins under the general boundary conditions is presented. The 2D unsteady heat conduction equation in cylindrical coordinate system has been achieved for multi-layer orthotropic laminates. Laplace transformation is applied to change the solution’s domain from time into the frequency. An appropriate Fourier transformation has been derived using the Strum-Liouville theorem and a set of equations are obtained based on the boundary conditions of fin and temperature/heat flux continuity at boundaries located between the layers. The Meromorphic function method is utilized to find the complicated complex integration of inverse Laplace. Diagrams of unsteady temperature distribution and cooling rate of pin fin have been depicted and it is shown that the effects of orthotropic conduction are more noticeable in high convection coefficients.
  • Reza Ansari, Mansour Darvizeh, Abolfazl Darvizeh, Ali Alijani Page 33
    In this paper, with the assumption of constant material properties, the nonlinear behavior of beams is studied using the finite element method. To this end, two approaches are represented: in the first approach, the beam is modeled by one dimensional elements of second order that is formulated according to continuum mechanics relationships based on the Lagrangian strategy, while in the second approach based on the Eulerian strategy the nonlinear behavior of the beam is investigated by making use of two dimensional elements. In both approaches, the second configuration, strains and stresses in the beam are obtained via the calculation of deformation gradient.
  • Page 41
    In the current study fume extraction systems are studied numerically and the effect of various parameters as fresh air inlet gap size, fume temperature and composition as well as the dust size is investigated. To aim this goal a precise 3D model of the entire system and proper grid is generated and system of governing equations for the reactive turbulent two-phase flow is solved using a Finite-Volume based code. The results confirm that although increasing the gap size may lead to a reduction in CO volume fraction, but an increase in products temperature is inevitable. Besides, it is shown that, despite the high efficiency of settling chamber in removing the large size particles (greater than 45 micron), it has a poor efficiency in eliminating the smaller size dust particles.
  • Page 53
    Contact interfaces are known as the main source of energy dissipation in the structural joints. Therefore it is important in structural dynamic analysis to use predictive joint models which are capable to simulate the structural response and energy dissipation with an acceptable accuracy. In this paper an analytical model is proposed for energy dissipation evaluation due to micro slip mechanism in a beam structure with frictional-free boundary condition. The bending response governing equations are derived under harmonic external excitation and are solved in order to detect transition from stick to slip at the contact interface. The resultant hysteresis loops are obtained and parametric study is done for a numerical case study.
  • Shahrokh Hashemi Page 65
    in this paper natural frequencies of a rectangular mindlin plate with surface bounded piezoelectric patches is obtained. Simply supported boundary condition is imposed at the plate edges. Ritz approach based on the principle of minimum potential energy is applied to obtain the frequency parameters of rectangular plate. Since displacement fields of the plate are postulated by trigonometric series function, solution is a semi analytical one. For verifying the accuracy of this method, results are for the isothropic and piezoelectric plates are compared with those reported in the literature. As we see a good conformance is derived from the obtained results and the exact solution. At the end, natural frequencies of a rectangular mindlin with surface bounded piezoelectric patches is obtained.
  • Hamidreza Tabatabaei, Masoud Boroomand Page 75
    Possibilities and limitations of 1D and 3D flow simulations in the vaneless turbocharger turbine of a 1.7 liter SI engine are presented experimentally and numerically. A test setup of the turbocharged engine on dynamometer is prepared to validate the results of numerical modeling. Various performance parameters are measured at 12 different engine speeds and the results of measurement in 3 different engine speeds are presented in this report. The complete form of the volute and rotor vanes is modeled. An extensive study on the number of meshes has been undertaken to ensure the independency to meshes. The modeling of rotating wheel is considered by Multiple Rotating Frames (MRF) technique. Finally, the variations of turbine performance parameters are studied under different pulse frequencies of the engine. The results show that at high engine speeds a 3D unsteady flow simulation is required to get reasonably accurate results. The results presented in current report will be used in simulating three dimensional steady and unsteady compressible flow within the turbine of the turbocharger.